數(shù)字集成電路的特點(diǎn)與分類課件

1第四章門電路24.1數(shù)字集成電路的特點(diǎn)與分類半導(dǎo)體集成電路：采用外延生長(zhǎng)、氧化、光刻、擴(kuò)散等技術(shù)，將多個(gè)晶體管、電阻、電容等元件以及它們之間的連線做在一塊半導(dǎo)體基片上所構(gòu)成的電路。按內(nèi)部有源器件不同分類：雙極型晶體管集成電路MOS集成電路3邏輯狀態(tài)與正、負(fù)邏輯約定事物兩種互相對(duì)立的狀態(tài)可以抽象地表達(dá)為0和1，稱為邏輯0狀態(tài)和邏輯1狀態(tài)。邏輯0狀態(tài)和邏輯1狀態(tài)各代表什么，是人為規(guī)定的。在數(shù)字電路中，我們可以規(guī)定高電位為邏輯1，低電位為邏輯0，反之也可以規(guī)定低電位為邏輯1，高電位為邏輯0。前者叫做“正邏輯”約定，后者叫做“負(fù)邏輯”約定。5同一個(gè)電路，按兩種不同的約定去分析，會(huì)得出不同的結(jié)論。uo1001高電位低電位正邏輯約定負(fù)邏輯約定在今后討論電路時(shí)，必須明確采用哪種約定。一般采用正邏輯約定。64.2晶體管－晶體管邏輯電路(TTL電路)4.2.1最簡(jiǎn)單的與門、非門和與非門電路1.二極管與門設(shè)UHI=+3V；UIL=0V。二極管正向?qū)〞r(shí)的壓降近似為072.三極管非門設(shè)UHI=5V；UIL=0.2V。三極管飽和時(shí)UCES=0.2V9輸入A輸出F0110輸入A輸出F0.2V5V5V0.2V電路的輸入與輸出電位電路的真值表由真值表可知，上面電路是一個(gè)非門10+3晶體管與非門11輸出級(jí)：推拉式電路或圖騰柱輸出電路13P10414PN150.3VKCL飽和結(jié)論：1.計(jì)算得出UIH=3.6V→T4飽和,UOL=0.2V2.給出結(jié)論：IIH=40μA;IOL=16mA(UOL=0.2V)17結(jié)論：1.計(jì)算得出UIL=0.2V→UOH=3.6V2.給出結(jié)論：

IIL=1.6mA(器件手冊(cè));IOH=0.4mA(UOH=3.6V)18IIH=40μA;IOL=16mATTL工作參數(shù)P119以上電流參數(shù)規(guī)定流入為正，流出為負(fù)。IIL=－1.6mA;IOH=－0.4mA19為了區(qū)別1和0兩種邏輯狀態(tài)，規(guī)定了輸出高電位的下限UOH(min)＝2.4V，和輸出低電位的上限UOL(max)＝0.4V。UO＞2.4V，為邏輯1狀態(tài)UO＜0.4V，為邏輯0狀態(tài)開啟電壓UIH(min)：保證輸出為低電位即UO＜0.4V，輸入高電位的下限。關(guān)閉電壓UIL(max)：保證輸出為高電位即UO＞2.4V，輸入低電位的上限。21TTL非門傳輸特性開啟電壓UIH(min)=2.0V關(guān)閉電壓UIL(max)=0.8V當(dāng)uI增大到1.4V左右時(shí)，輸出電壓uO急劇下降，此時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入電壓值稱為閾值電壓uTHuTH=1.4V如果把傳輸特性理想化，閾值電壓就是輸出高、低電位的分界線22UOHUIH躁聲容限門電路之間相互連接時(shí)，前一級(jí)門的輸出就是后一級(jí)門的輸入，在前一級(jí)輸出為最壞的情況下（輸出高電位為UOH(min)），后一級(jí)門的輸入電壓允許的變化幅度叫做噪聲容限。UNH=UOH(min)-UIH(min)=2.4-2.0V=0.4VP10623門電路躁聲容限=min{UNH,UNL}噪聲容限是用來說明門電路抗干擾能力大小的參數(shù)。25扇出系數(shù)NO：一個(gè)與非門能夠驅(qū)動(dòng)同類型與非門的最大數(shù)目。26扇出系數(shù)N0=min{NOH,NOL}27UCCRL與普通TTL與非門相比，OC門去掉了T3、D，使T4集電極開路，并作為電路的輸出端。OC門正常工作時(shí)，要外接電源并串接一個(gè)電阻RL。只要RL阻值選擇的合適即能實(shí)現(xiàn)與非功能，還可以將兩個(gè)或更多的OC門輸出端直接連接在一起。29Y1Y2Y實(shí)現(xiàn)了與功能，稱為線與。實(shí)現(xiàn)了或功能，稱為線或。30三態(tài)TTL門三態(tài)TTL門與普通TTL門不同，它的輸出端除了可以出現(xiàn)高、低電平（正常工作狀態(tài)，低阻輸出），還可以出現(xiàn)第三種狀態(tài)——高阻狀態(tài)（或稱阻塞狀態(tài)、禁止?fàn)顟B(tài)）A、B輸入端F輸出端G阻塞信號(hào)輸入端EN使能信號(hào)輸入端31三態(tài)門輸入輸出FG(EN)A10高阻態(tài)10001132三態(tài)門最重要的一個(gè)用途是可以實(shí)現(xiàn)用同一根導(dǎo)線輪流傳送不同的數(shù)據(jù)或信號(hào)，這根線叫做總線。33DIR=0DIR=1344.3CMOS邏輯電路4.3.1CMOS反相器35CMOS反相器傳輸特性1.閾值電壓UTH=UDD/2;UDD=5V,UTH=2.5V2.UOH≈5V;UOL≈0V3.UNL=UNH≥0.3UDD

1.5V(CMOS)>0.4V(TTL)COMS反相器抗干擾能力強(qiáng)36電源電流和的關(guān)系iDDuI無論輸入為高電平還是低電平，T1和T2總有一個(gè)截止，因此靜態(tài)電流近似為零，靜態(tài)功耗極小。37MOS門電路互相連接時(shí)，門電路輸出總要接到其他門電路的輸入端，所以相當(dāng)于帶有電容性負(fù)載CL。在uI由低電位跳變到高電位時(shí)，CL通過T1放電，uI由低電位跳變到高電位時(shí)，電源通過T2對(duì)CL充電，造成動(dòng)態(tài)功耗。CMOS反相器的動(dòng)態(tài)功耗為PC＝CLUDD2f與TTL不同，MOS管的柵極電流極小，CMOS門的扇出系數(shù)取決于負(fù)載電容的大小和工作速度的要求，即驅(qū)動(dòng)的門數(shù)越多，負(fù)載電容越大，充放電時(shí)間越長(zhǎng)，工作速度越慢。38CMOS傳輸門A和A控制傳輸門的通斷：